Erstes Röntgenlaserlicht im European XFEL

Am European XFEL wollen Wissenschaftler künftig mit extrem kurz getakteten Röntgenlaserpulsen bis in die feinsten Strukturen komplexer Materie vorstoßen und bisher unverstandene biochemische und physikalische Prozesse auf der Nanoskala untersuchen. Nun wurde in dem neuen Freie-Elektronen-Laser erstmals Röntgenlaserlicht erzeugt – im Herbst dieses Jahres soll dann der wissenschaftliche Experimentierbetrieb beginnen.

Die Elektronenquelle für den leistungsstärksten Röntgenlaser der Welt steht in Hamburg-Bahrenfeld. Mit einem gewöhnlichen Laser werden dort Elektronen aus einem Metall herausgelöst und in einen Linearbeschleuniger eingespeist. Dieser Teilchenbeschleuniger, der den Röntgenlaser antreibt, wurde bereits im April 2017 erfolgreich in Betrieb genommen. In den folgenden Wochen erhöhten die Wissenschaftler die Energie der beschleunigten Elektronen weiter und prüften das Zusammenspiel der einzelnen Komponenten von Beschleuniger und der Strahlführung.

Erstes Laserlicht im European XFEL

Um Röntgenlaserlicht zu erzeugen, müssen die Elektronen aus dem Linearbeschleuniger des European XFEL durch speziell angeordnete Magnete, sogenannte Undulatoren, auf einen Slalomkurs geleitet werden. Diese 210 Meter lange Strecke passierten nun erstmals intensive Elektronenpulse mit annähernd Lichtgeschwindigkeit und erzeugten dabei helles Röntgenlaserlicht mit einer Wellenlänge von 0,8 Nanometern. Bei diesem „First Lasing“ entstand vorerst nur ein Puls pro Sekunde, später werden es einmal 27 000 pro Sekunde sein.

„Wir können nun damit beginnen, die Röntgenblitze über weltweit einzigartige Spiegel durch den letzten Tunnelabschnitt in die Experimentierhalle zu leiten und danach schrittweise die Experimentierstationen in Betrieb nehmen. Ich freue mich sehr auf den Start des internationalen Nutzerbetriebs, der für September geplant ist“, so European XFEL-Geschäftsführer Robert Feidenhans’l. Die insgesamt 3,4 Kilometer lange Anlage reicht vom Forschungszentrum DESY in Hamburg bis nach Schenefeld in Schleswig-Holstein, wo sich in einer unterirdischen Experimentierhalle die Messplätze befinden.

Künftig soll der European XFEL hochenergetisches Laserlicht bei einer Wellenlänge von 0,05 bis 4,7 Nanometern liefern. Das Außergewöhnliche am European XFEL aber wird seine Leuchtstärke – die sogenannte Brillanz – sein: Sie wird in ihren Spitzenwerten milliardenfach höher sein als die herkömmlicher Röntgenlichtquellen. Mit diesen einzigartigen Röntgenblitzen eröffnet der European XFEL neue Möglichkeiten für viele Bereiche der Forschung. So lassen sich etwa die Strukturen von Werkstoffen und biologischen Zellen entschlüsseln. Die Untersuchungen können beispielsweise dazu beitragen, Produktionsverfahren in der Industrie zu verbessern und neue Medikamente zu entwickeln.